雙恒壓無塔水泵供水.doc

燕山大學課 程 設 計 說 明 書題目： PLC控制的雙恒壓供水水泵站 學院（系）： 電氣工程學院 年級專業(yè)： 10級自動化儀表 學 號： 100103020158 學生姓名： 張 亮 指導教師： 韓立強 教師職稱： 副教授 燕山大學課程設計（論文）任務書院（系）：電氣工程學院 基層教學單位：自動化儀表 學 號學生姓名專業(yè)（班級）設計題目PLC控制的雙恒壓供水水泵站設計技術參數(shù)（1）、生活供水時，系統(tǒng)低恒壓運行，消防供水時系統(tǒng)高恒壓運行。（2）、三臺水泵根據(jù)恒壓的要求，采取“先開先?！钡脑瓌t接入和退出。（3）、在用水量小的情況下（即不是在消防的情況和增開工頻泵的情況），如果一臺水泵連續(xù)運行超過三小時，則要切換到下一臺水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺水泵工作時間過長。（4）、三臺水泵在啟動的時候都要具有軟啟動的功能。（5）、要求完善的報警功能。（6）、對水泵的操作要具有手動的功能，手動只在應急或檢修的時候臨時使用。設計要求設計說明書包括：1、 設計題目內(nèi)容2、 設計過程和有關說明3、 繪制電氣原理圖：包括主電路、控制電路、PLC硬件電路、I/O接口表4、 PLC控制程序（梯形圖和指令表）5、 調(diào)試結(jié)果6、 參考資料7、 心得體會工作量 一周工作計劃1、查閱資料進行設計準備；2、設計PLC狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進梯形圖；3、調(diào)試程序、驗證設計；4、撰寫課程設計說明書書；參考資料PLC電氣控制技術，漆漢宏 主編，機械工業(yè)出版社，2006年FX系列PLC編程及應用，寥常初 主編，機械工業(yè)出版社，2004年 其他資料指導教師簽字韓立強基層教學單位主任簽字謝平說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、系部各一份。2013年 7 月 2 日 燕山大學課程設計評審意見表指導教師評語：成績： 指導教師： 年 月 日答辯小組評語：成績： 評閱人： 年 月 日課程設計總成績：答辯小組成員簽字：年 月 日 燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書目 錄目錄摘要第一章 設計題目及內(nèi)容 第二章 PLC控制技術介紹 第三章 設計過程及說明 3.1 GX-Developer8簡介 3.2 Microsoft Visio 2007簡介第四章 設計過程及說明 4.1 輸入輸出I/O接口表4.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖4.3 步進梯形圖4.4步進指令表4.5 電氣原理圖第五章 調(diào)試結(jié)果5.1生活用水工作模式調(diào)試結(jié)果5.2 水泵的手動模式調(diào)試結(jié)果5.3 消防系統(tǒng)模式調(diào)試結(jié)果第六章 心得體會參考資料摘 要我國是一個水資源和電能短缺的國家，長期以來市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術一直比較落后。傳統(tǒng)的維持管路的水壓是建造水塔，但是建造水塔需要發(fā)費財力，水塔還會造成水的二次污染。在水資源十分嚴峻的形勢下，節(jié)約用水迫在眉睫。建立節(jié)水型社會，進而促進節(jié)水型社會的建立已經(jīng)成為保證水資源可持續(xù)利用的必然要求。本文介紹了一個由三臺水泵組構(gòu)成的生活、消防雙恒壓無塔供水泵站系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用交流變頻調(diào)速技術和PLC技術合理設計變頻恒壓供水設備，對降低成本、節(jié)約能源、提高供用水質(zhì)量，有非常重要的意義。隨著電力電子及計算機技術的發(fā)展，雙恒壓無塔供水泵站由于具有造價低、施工簡單、節(jié)能效果顯著、高效節(jié)能、自動可靠、無二次污染等優(yōu)點而得到了廣泛的應用。關鍵詞：PLC，雙恒壓供水，高效節(jié)能第一章 設計題目及內(nèi)容設計題目：PLC控制的雙恒壓供水水泵站 生活都離不開水。但如果水源離用水場所較遠，就需要管路的輸送。而將水送到較遠或較高的地方，管路中是需要一定的水壓的，水壓高了，才能將水送到遠的或較高的樓層。 產(chǎn)生水壓的設備是水泵，水泵轉(zhuǎn)動的越快，產(chǎn)生的水壓越高。傳統(tǒng)的維持管路的水壓是建造水塔，水泵開的時候?qū)⑺虻剿?，水泵休息時，借助水塔繼續(xù)供水。水塔中的水位變化相對水塔的高度來說很小，也就是說水塔能維持的供水管路中水壓的基本恒定。 但是，建造水塔需要發(fā)費財力，水塔還會造成水的二次污染。那么，可不可以不借助水塔來實現(xiàn)恒壓供水呢？當然可以，但是要解決水壓隨用水量的大小變化的問題。通常的辦法是：用量大時，增加水泵的數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動速度以保持管網(wǎng)中的水壓不變，用水量小時又需做出相反的調(diào)節(jié)。這就是恒壓供水的基本思路。這在電機速度調(diào)節(jié)技術不發(fā)達的年代是不可設想的，但今天辦到這一點已變得很容易了，交流變頻器的誕生為水泵轉(zhuǎn)速平滑聯(lián)系調(diào)節(jié)提供了方便。交流變頻器是改變交流電源頻率的電力電子設備，輸入三相工頻交流點后，可以輸出頻率平滑變化的三相交流電。 鑒于社會的需求，設計一個由三臺水泵組構(gòu)成的生活、消防雙恒壓無塔供水泵站系統(tǒng)。如圖所示（一），市網(wǎng)自來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥YV1，自動把水注滿儲水水池，只要水位低于高水位，則自動往水池注水，但是當水池的水位高于高水位上限時 ，延時一段時間后，由PLC發(fā)出信號，關閉注水閥YV1，等到水位低于高水位上限時，過一段時間后，再打開注水閥YV1繼續(xù)注水（這種情況在處于消防狀態(tài)時被關閉）。水池的高、低水位信號也直接送給PLC，作為高、低水位的報警。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離較小。生活用水和消防用水共用三臺水泵，平時電磁閥YV2處于關閉狀態(tài)，生活管網(wǎng)處于接通狀態(tài)，電磁閥YV3處于失電狀態(tài)，關閉消防管網(wǎng)，三臺水泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行，維持生活用水低恒壓。當有火災發(fā)生時，電磁閥YV3得電，消防用水管路打開，并同時打開三臺水泵供水，管路中的水壓為消防用水的高恒壓，生活用水管路沒有關閉，生活用水的水壓由減壓閥控制。但是當管路中的水壓低于消防用水的高恒壓或水池水位已經(jīng)達到水池低水位下限時，給電磁閥YV2通電，關閉生活用水的管路。火災結(jié)束后，三臺水泵改為為生活用水供水。EQ市網(wǎng)來水YV1STHSTL水池消防用水YV3生活用水YV2減壓閥1#3#2# 圖（一）、生活消防雙恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成二、 系統(tǒng)的控制要求對于三臺水泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：（1）、生活供水時，系統(tǒng)低恒壓運行，消防供水時系統(tǒng)高恒壓運行。（2）、三臺水泵根據(jù)恒壓的要求，采取“先開先?！钡脑瓌t接入和退出。（3）、在用水量小的情況下（即不是在消防的情況和增開工頻泵的情況），如果一臺水泵連續(xù)運行超過三小時，則要切換到下一臺水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺水泵工作時間過長。（4）、三臺水泵在啟動的時候都要具有軟啟動的功能。（5）、要求完善的報警功能。（6）、對水泵的操作要具有手動的功能，手動只在應急或檢修的時候臨時使用。第二章 PLC控制技術介紹可編程控制器是60年代末在繼電器系統(tǒng)上發(fā)展起來的，當時稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC。它是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術，用面向控制過程、面向用戶的簡單編程語句，適應工業(yè)環(huán)境，是簡單易懂，操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制器，是當代工業(yè)自動化的主要支柱之一?？删幊炭刂破骶哂胸S富的輸入/輸出接口，并具有較強的驅(qū)動能力，但它的產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應用，其靈活標準的配置能夠適應工業(yè)上的各種控制。在實際應用中，其硬件可根據(jù)實際需要選用配置，其軟件則需要根據(jù)要求進行設計?？删幊踢壿嬁刂破鳎捎玫氖怯嬎銠C的設計思想，最初主要用于順序控制，只能進行邏輯運算。隨著微電子技術計算機技術和通信技術的發(fā)展，以及工業(yè)自動化控制愈來愈高的需求，PLC無論在功能上、速度上、智能化模塊以及聯(lián)網(wǎng)通信上，都有很大的提高?，F(xiàn)在的PLC已不只是開關量控制，其功能遠遠超出了順序控制、邏輯控制的范圍，具備了模擬量控制、過程控制以及遠程通信等強大功能。第三章 設計應用軟件介紹3.1 GX-Developer8簡介GX Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設計，網(wǎng)絡參數(shù)設定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。使用過程：（1）啟動編程軟件GX Developer，創(chuàng)建一個新工程。（2）編寫設計好的梯形圖。（3）可以通過菜單欄啟動仿真（也可以通過快捷圖標啟動仿真）（6）啟動仿真后，程序開始在電腦上模擬PLC寫入過程。（7）點擊菜單啟動一欄中的繼電器內(nèi)存監(jiān)視時序圖啟動，觀察波形圖。并經(jīng)過調(diào)試，得出結(jié)果。3.2Microsoft Visio 2007簡介Office Visio 2007 便于畫圖人員就復雜信息、系統(tǒng)和流程進行可視化處理、分析和交流。使用具有專業(yè)外觀的 Office Visio 2007 圖表，可以促進對系統(tǒng)和流程的了解，深入了解復雜信息。使用 Office Visio 2007，可以通過多種圖表，包括業(yè)務流程圖、 網(wǎng)絡圖、工作流圖表、數(shù)據(jù)庫模型和軟件圖表等直觀地記錄、設計和完全了解業(yè)務流程和系統(tǒng)的狀態(tài)。通過使用 Office Visio Professional 2007 將圖表鏈接至基礎數(shù)據(jù)，以提供更完整的畫面，從而使圖表更智能、更有用。 我們首先在紙上手畫出本系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和電氣原理圖，然后就上機啟動Microsoft Visio 2007軟件，畫出圖形，使圖形更為美觀，規(guī)范。第四章 設計過程及說明4.1輸入輸出I/O接口表根據(jù)設計題目內(nèi)容，提取所需的輸入控制量和輸出量，并列出輸入輸出I/O接口表（如下）。輸入功能輸出功能X100總開關Y000報警信號X001高水位傳感器Y002注水信號X002低水位傳感器Y005水泵1X004測壓傳感器Y006水泵2X005手動水泵1Y007水泵3X006手動水泵2Y010消防用水X007手動水泵3Y011減壓閥X003消防信號Y012生活用水X011消防停止4.2狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖以下是設計好的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。含有系統(tǒng)的自動控制和手動控制模塊；生活用水和消防用水模塊。低水位和高水位檢測模塊。我們采用并行分支和選擇性分支的設計思路。設計要求：FX2n系列PLC并行分支的支路數(shù)不超過8條，初始狀態(tài)對應的并行支路不超過十六條。4.3 步進梯形圖4.4步進指令表4.5電氣原理圖圖中，3臺電動機分別為M1、M2、M3；接觸器KM1、KM3、KM5；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的變頻運行狀態(tài)；FR1、FR2、FR3分別為3臺電動機過載保護熱繼電器； QS2、QS3、QS4分別為3臺電動機主電路的隔離開關。根據(jù)輸入輸出分配表連接PLC硬件電路輸入功能輸出功能X100總開關Y000報警信號X001高水位傳感器Y002注水信號X002低水位傳感器Y005水泵1X004測壓傳感器Y006水泵2X005手動水泵1Y007水泵3X006手動水泵2Y010消防用水X007手動水泵3Y011減壓閥X003消防信號Y012生活用水X011消防停止第五章 調(diào)試結(jié)果5.1生活用水工作模式調(diào)試結(jié)果滿足以下要求：1）在用水量小的情況下（即不是在消防的情況和增開工頻泵的情況），如果一臺水泵連續(xù)運行一段時間，則要切換到下一臺水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺水泵工作時間過長。2）當水池的水位高于高水位上限時 ，報警并延時延時一段時間后，由PLC發(fā)出信號，停止注水；等到水位低于高水位上限時，過一段時間后，再打開注水閥YV1繼續(xù)注水。5.2 水泵的手動模式調(diào)試結(jié)果滿足以下要求：對水泵的操作要具有手動的功能，手動只在應急或檢修的時候臨時使用。5.3 消防系統(tǒng)模式調(diào)試結(jié)果滿足一下要求：1）當有火災發(fā)生時，消防用水管路打開，同時三臺水泵供水，2）生活用水管路沒有關閉，生活用水的水壓由減壓閥控制。3）當管路中的水壓低于消防用水的高恒壓或水池水位已經(jīng)達到水池低水位下限時，關閉生活用水的管路。4）火災結(jié)束后，三臺水泵改為為生活用水供水。第六章 心得體會PLC技術是一門實踐性非常強的技術。這次課程設計本次課設的題目是PLC控制的雙恒壓供水水泵站，從題目看來是一個很有實際意義的解決城市生活用水的實例，于是我們就需要將理論課上所學的知識靈活運用到實際問題中。使我們體會到了PLC的實用性。在理論課上，我們也曾經(jīng)解決過一些相對于簡單的PLC設計題，但我們完成的只是三部分，一、根據(jù)要求列出輸入輸出表，二、畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，三、編制梯形圖程序。而課程設計中，我們需要將梯形圖程序利用GX-Developer8軟件編制出來，而且還要啟動監(jiān)控程序，調(diào)出并啟動時序圖檢測邏輯關系是否正確。于是，GX-Developer8軟件編程也成為了實現(xiàn)系統(tǒng)較為關鍵的一步。起初在使用GX-Developer8學習編程感覺有些困難，但是，在自己不斷摸索和與同學交流的過程中也漸漸熟悉起來。這次梯形圖程序有